Revisão sobre oxidação e redução do ponto de vista biológico

RKA10E O que eu quero fazer neste vídeo é rever o que aprendemos sobre oxidação nas nossas aulas de química e sobre o oposto de oxidação, a redução. Depois, vamos ver como o que aprendemos na nossa aula se relaciona à forma como os biólogos ou bioquímicos usam esses termos e acho que veremos que é a mesma coisa. Façamos uma pequena revisão do que vimos no vídeo de química. Para lembrar a oxidação existe uma sigla bem fácil que representa um processo mnemônico famoso, é OPE: oxidar é perder elétrons. "Perda" está entre aspas aqui porque você não necessariamente perde elétrons, eu vou mostrar o que quero dizer com perder elétrons. Isto é o que vocês deveriam gravar da sua aula de química. Você também aprendeu que a redução é ganho. Eu vou colocar isso entre aspas também. "Ganho", está ganhando elétrons e eu coloquei entre aspas pois não há necessariamente ganho de elétrons, vocês estão somente compartilhando. A razão pela qual a redução é chamada assim é porque se vocês estão ganhando elétrons, a carga nominal está sendo reduzida. E a razão pela qual a oxidação é chamada assim é porque você tende a perder elétrons para o oxigênio, embora não tenha que ser só para o oxigênio, poderia ser qualquer molécula capaz de capturar elétrons. Eu vou tornar isso um pouco mais concreto. Digamos que eu tirasse algum hidrogênio molecular no estado gasoso e fosse fazer uma combustão com algum oxigênio molecular. Foi o que aconteceu com o Hindenburg, eles encheram um balão de hidrogênio e depois uma faísca em contato com o oxigênio causou uma grande explosão. Mas nesse processo se você tem dois mols de hidrogênio molecular ... Eu só estou me certificando se a equação está equilibrada. você vai produzir dois mols de H₂O mais uma tonelada de calor, essa coisa é realmente muito explosiva. Por que eu quero falar sobre o Hindenburg? A razão aqui é mostrar o que está sendo oxidado e o que está sendo reduzido. Nesta situação à direita, aqui no hidrogênio, o hidrogênio molecular apenas se parece com isso. Você tem uma ligação H - H, eles estão compartilhando um elétron com o outro de modo que ambos podem fingir que sua órbita 1S está completamente cheia. Não estão perdendo elétrons um para o outro nem estão compartilhando um do outro, por isso dizemos que eles têm um estado oxidativo neutro. Eles não ganharam nem perderam elétrons, apenas os repartem, e a mesma coisa é verdade para o oxigênio molecular. Aqui você realmente tem uma ligação dupla com os dois oxigênios, ambos são oxigênios, logo não há razão para que um ganhe ou perca elétrons do outro. Quando você vai deste lado da equação, alguma coisa interessante acontece, você tem, para cada oxigênio, uma ligação com dois hidrogênios. A maneira de pensar sobre isso é que o oxigênio está tirando cada um dos elétrons do hidrogênio. O hidrogênio só fica com um elétron na camada de valência, o acordo na maioria das ligações covalentes é: "eu te dou um elétron, você me dá um elétron e nós dois temos um par completo." Mas sabemos ou melhor, acreditamos, que o oxigênio é muito mais eletronegativo do que o hidrogênio. Isso aqui é um pouco de glicose que sobrou do nosso vídeo sobre restauração celular. Você pode não saber agora, mas eu vou ligar tudo isso num vídeo futuro. Se você olhar para a nossa tabela periódica, você vai lembrar do vídeo de química onde a eletronegatividade aumenta quando vamos para o canto superior direito. Estes são os elementos mais eletronegativos e aqui estão os menos eletronegativos, e ser eletronegativo quer dizer gostar de pegar elétrons. Ser... eletronegativo significa gostar de pegar elétrons. Pegar elétrons. Mesmo que o oxigênio e o hidrogênio sejam covalentes em uma ligação de água, eles estão partilhando elétrons. O oxigênio é muito mais eletronegativo do que o hidrogênio, por isso ele vai capturar seus elétrons. E se você olhar alguns elementos deste lado e ligá-los com estes outros aqui, esses são muito mais eletronegativos que os da esquerda e eles realmente vão roubar o elétron e não apenas compartilhá-lo na maior parte do tempo. Quando você fala em eletronegatividade isso significa gostar de elétrons. Olhando esta ligação entre hidrogênio e oxigênio, vamos à tabela periódica e vemos um oxigênio muito mais eletronegativo, o que significa que os elétrons passam muito mais tempo com ele. Aprendemos sobre pontes de hidrogênio, aprendemos que ele cria uma carga negativa parcial num lado e uma carga positiva parcial do outro lado da molécula de água, mas os elétrons ainda ficam em torno do hidrogênio de vez em quando. Quando você fala sobre oxidação e redução, você diz não: há nenhuma carga parcial. Se um elemento captura um elétron, em termos do seu estado de oxidação, vamos considerar que ele pegou o elétron. Para o estado de oxidação assumimos que o oxigênio da água pegou o elétron e nós vamos lhe dar um estado de oxidação de -1. - 1. A convenção diz que você escreve a carga e, depois, o número do estado de oxidação, então você não confunde com as cargas reais. Ele tem -1 porque, do ponto de vista de um estado de oxidação, ele pegou um elétron, ganhou um elétron, é por isso que eu coloquei entre aspas, porque ele não ganha realmente, está apenas ganhando a maior parte do tempo, está dispondo dos elétrons. Da mesma forma, este hidrogênio tem seu próprio elétron e tem outro elétron do outro hidrogênio. O oxigênio, ao invés de dizer -1, deve se dizer - 2. -2 porque ele pegou um elétron daqui e outro de lá. Em geral, quando o oxigênio faz ligação com outros átomos ou elementos não oxigênio, ele tende a ser - 2, ou seja, ter duas negativas no seu estado de oxidação. Portanto, se esse cara é 2-, é porque ele ganhou dois elétrons, vou escrever entre aspas. "Ganhou dois elétrons." Sabemos que ele realmente não ganha, só dispõe deles. Esses elementos perderam um elétron cada, assim, seus estados de oxidação vão ser 1+ e esse aqui também vai ser 1+. Então você vai dizer: antes da combustão do hidrogênio com o oxigênio, eles tinham, cada um, estado zero de oxidação. Zero. Agora eles têm um estado de oxidação +1 porque eles perderam seus elétrons quando foram ligados com o oxigênio. Dizemos, então que estes hidrogênios foram oxidados. Então estes hidrogênios foram oxidados devido a esta reação. O hidrogênio foi... oxidado. Por que ele foi oxidado? Porque antes ele era capaz de compartilhar seus elétrons muito bem, mas ligando-se com o oxigênio, este captura os seus elétrons, agora o hidrogênio perdeu seus elétrons para oxigênio e, por isso, foi oxidado. Da mesma forma, o oxigênio, por esta reação de combustão, esta aqui, ele foi reduzido. O oxigênio, por esta reação de combustão, foi reduzido. Por que foi reduzido? Aqui ele estava apenas partilhando elétrons, não perdia nem ganhava. Quando ele é ligado com um elemento de menor eletronegatividade, rapidamente ele começa a pegar os elétrons, a ganhar elétrons, então esta carga hipotética fica reduzida em dois. E se eu quisesse considerar todos os elétrons, já que estamos falando sobre a perda e ganho de elétrons, podemos escrever duas semi-reações. Isso é uma pequena revisão da sua aula de química, mas nunca é demais ver isso de novo. Vou jogar isso para a lista de vídeos de biologia para que as pessoas refresquem suas memórias com esse material. Podemos escrever, então duas semi-reações, poderíamos dizer que começamos com dois mols de hidrogênio molecular, e eles não têm estados de oxidação ou são neutros. Eu poderia escrever um zero lá se eu quisesse. Então no outro lado eu acabo com dois mols de H₂, mas cada um dos hidrogênios agora tem um estado de oxidação +1. Cada um dos hidrogênios tem um estado de oxidação +1, ou outra maneira de dizer isso é: há quatro hidrogênios aqui. O hidrogênio molecular tem dois hidrogênios e, assim, temos dois moles dele, então há 4 hidrogênios aqui. Cada um perdeu um elétron, então eu posso escrever +4 elétrons. Essa é a semi-reação para o hidrogênio, ele perdeu quatro elétrons. A outra maneira de dizer é que o hidrogênio foi oxidado porque perdeu os seus elétrons. OPE é "oxidar é perder". Na outra metade da reação eu vou escrever sobre o oxigênio. Eu começo com um mol de oxigênio molecular, e eu acrescento quatro elétrons. Eu não posso tirar elétrons do nada, então eu pego os elétrons de hidrogênio e, adicionando ao oxigênio e, assim, na semi-reação deste lado, eu acabo com dois mols. Eu poderia escrever assim: dois mols de oxigênio e cada um deles tem um estado de oxidação de -2. Então essas são as semi-reações e tudo isso está mostrando que o hidrogênio, ao longo do curso dessa reação de combustão, perde seus elétrons e que o oxigênio ganha os elétrons que o hidrogênio perdeu. Então isso nos diz que o oxigênio foi reduzido. Olha só, tudo isso aqui é somente um pouco de revisão do que você aprendeu nas aulas de química, mas agora eu vou confundir você um pouquinho, porque eu vou fazer você pensar como um biólogo e tudo bem, não vai ser sempre confuso porque, às vezes, o biólogo vai usar a definição que você aprendeu na aula de química. Mas um biólogo ou, muitas vezes, livros de biologia, dizem só para confundir a gente, que a oxidação... oxidação é a perda de átomos de hidrogênio. Perda de átomos de hidrogênio e redução é ganho... ganho de átomos de hidrogênio. Átomos de hidrogênio. E quando eu comecei este vídeo, falei sobre os elétrons. Átomos de hidrogênio, como você sabe, um próton e um elétron, e a razão pela qual estas duas definições existem, e isso é o mais importante deste vídeo, é que esta definição é consistente, porque o hidrogênio no mundo biológico... no mundo biológico tende a fazer trocas. O hidrogênio, no mundo biológico, tende a fazer trocas e ele se liga com o carbono, o oxigênio, o fósforo, o nitrogênio. Se olharmos para a tabela periódica, vemos onde está o hidrogênio, onde estão o carbono, o nitrogênio, o oxigênio, o fósforo, além de ver um monte de coisas. Mas nos sistemas biológicos o hidrogênio tende a se ligar com os elementos muito mais eletronegativos. Logo, se um carbono se liga com um hidrogênio, o carbono captura os elétrons, se o hidrogênio é transferido para o oxigênio junto com o seu elétron, o de carbono perderá o seu átomo de hidrogênio, ou seja, o elétron que foi capturado antes e, então o oxigênio pode pegar o elétron. Então essas definições são realmente consistentes e a razão porque mostrei este exemplo é porque a definição biológica não se aplica aqui. Você vai dizer: mas o oxigênio está ganhando hidrogênios nesta reação. Então podemos dizer que o oxigênio está sendo reduzido de acordo com a definição biológica, mas você não pode realmente dizer que o hidrogênio perde hidrogênios aqui. Nessa situação o hidrogênio só perde elétrons, ele não se perde. Você até poderia dizer que ele se perde porque está sendo capturado, mas a definição biológica vem desta mesma noção, que quando o hidrogênio se liga à maioria dos compostos biológicos, ele tende a doar os elétrons. Portanto, se um carbono perde um hidrogênio e o doa a um oxigênio, o carbono vai perder os elétrons que o hidrogênio é capaz de pegar, e agora é o oxigênio que o está pegando, assim, o carbono seria oxidado e o oxigênio seria reduzido. Espero não ter confundido a cabeça de vocês. No vídeo seguinte eu vou mostrar mais exemplos e a razão de fazer isso é para aplicar na respiração celular. Quero que vocês não se confundam quando as pessoas falarem que o NAD está sendo reduzido quando ele pega o hidrogênio, ou que ele está sendo oxidado quando perde o hidrogênio e assim por diante. Eu queria que vocês soubessem que essas são as mesmas definições que você aprendeu na sua aula de química.